Question

苯乙烯是制备聚苯乙烯的单体。工业上，利用乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应：

(g)+CO₂（g）（g）+CO(g)+ H₂O（g）  △H

（1）已知CO分子中化学键为C≡O。相关的化学键键能数据如下：

利用上表数据估算△H为___________。

（2）在三个体积相同的恒容密闭容器中充入CO₂和乙苯蒸气发生上述反应，有关数据如下：

①T₁______T₂（填“＞”“＜”或“＝”，下同），a___________2.0。

②T₁K时，容器I中平衡混合气体中苯乙烯体积分数为___________，假设容器I中起始压强为p₀，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K_p＝___________。[气体分压（p_分）＝气体总压（p_总）×气体体积分数]

（3）一定温度下，在某催化剂作用下发生上述反应，其反应历程如下：

①由原料到状态I__________（填“放出”或“吸收”）能量，判断依据是_______。

②如果其他条件不变，再通入CO₂，如图所示的四幅图像中，符合乙苯平衡转化率与p（CO₂）的关系的是___________。（填选项）

Answer

+164 kJ/mol ＞ ＜ 20% 0.25p0 MPa 吸收 断裂C-H键需要吸收较多能量 B

【解析】

根据反应物键能总和与生成物键能总和的差值计算反应热；根据化学平衡移动的方向判断反应温度的大小；利用反应前后气体的变化量和压强变化量计算平衡常数；根据图示的反应过程判断反应是吸热还是放热；根据图示反应过程判断转化率与压强的转化趋势。

(1)反应的△H可以利用键能大小计算，利用反应物的键能总和减去生成物的键能总和即可得到反应的△H，当计算结果为正值时为吸热反应，反之则为放热反应；在本反应中由于苯基在反应前后不变，因此苯基的能量在反应前后相同，只需要计算乙基和二氧化碳反应变成乙烯基、一氧化碳和水的键能变化差值即可，即反应热=(348+5×413+2×803) kJ/mol -(615+3×413+1075+2×463) kJ/mol =+164 kJ/mol；

(2)①上述反应是吸热反应，降低温度，平衡向左移动，苯乙烯的量减小，故T2小于T1；该反应正向是气体分子数增大的反应，I到Ⅲ相当于加压，平衡向左移动，苯乙烯的量小于2.0；

②平衡时苯乙烯为1 mol，则

平衡时，苯乙烯占体积分数为20%；

平衡后压强为×p0=1.25p0MPa，Kp==0.25p0MPa；

(3) ①原料到状态Ⅰ，断裂C-H键，需要吸收能量；

②一定范围内，p(CO2)越大，说明在原料中CO2的配比越高，则乙苯平衡转化率越高；二者首先吸附在催化剂表面上，当CO2在催化剂表面吸附率过高时，会造成乙苯在催化剂表面的吸附率下降，使乙苯平衡转化率随着p(CO2）增大而减小，图像B符合实际。